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高中数学必修二

作者:高考题库网
来源:https://www.bjmy2z.cn/gaokao
2020-09-15 09:02
tags:高中数学必修二

高中数学必修一测试卷可打印-steam与高中数学


《2012年高考数学总复习系列》——高中数学必修二
立体几何初步
一、基础知识(理解去记)
(一)空间几何体的结构特征
(1)多面体——由若干个平面多边形围成的几何体.
围成多面体的各个多边形叫 叫做多面体的面,相邻两个面的公共边叫做多面体的棱,棱与棱的公共
点叫做顶点。
旋转体——把一个平面图形绕它所在平面内的一条定直线旋转形成的封闭几何体。其中,这条定直
线称为 旋转体的轴。
(2)柱,锥,台,球的结构特征
1.棱柱
1.1棱柱— —有两个面互相平行,其余各面都是四边形,并且每相邻两个四边形的公共边都互相平行,
由这些面所围 成的几何体叫做棱柱。

E'
D'
1.2相关棱柱几何体系列(棱柱、斜棱 柱、直棱柱、正棱柱)的关
F'
C'
侧面
A'
B'
系:

l
底面
侧棱
E
F
AB
D
C?
斜棱柱
?
底面是正多形
棱柱
?
棱垂直于底面
?
??????正棱柱
?
??????直棱柱
?
?
?
?
其他棱柱
L
?

②四棱柱 底面为平行四边形 平行六面体 侧棱垂直于底面 直平行六面体 底面为矩形

长方体 底面为正方形 正四棱柱 侧棱与底面边长相等 正方体
1.3棱柱的性质:
①侧棱都相等,侧面是平行四边形;
②两个底面与平行于底面的截面是全等的多边形;
③过不相邻的两条侧棱的截面是平行四边形;
④直棱柱的侧棱长与高相等,侧面与对角面是矩形。
补充知识点 长方体的性质: ①长方体一条对角线长的平方等于一个顶点上三条棱的平
D1
C1
和;【如图】< br>方
AC
1
2
?AB
2
?AD
2
?A A
1
2

A1
D
B1
C
B
所成 ②(了解)长方体的一条对角线
的角分别是
AC
1
与过顶点A的三条棱
?

?

?
A
,那么
cos
2
?
?cos
2
?
?cos
2
?
?1
sin
2
?
?sin
2
?
?sin
2
?
?2


③(了解)长方体的一条对角线
AC
1< br>与过顶点A的相邻三个面所成的角分别是
?

?

?
,则
cos
2
?
?cos
2
?
?cos
2
?
?2

sin
2
?
?sin
2
?
?sin
2
?
?1
.
1.4侧面展开图:正n棱柱的侧面展开图是由n个全等矩形组成的以底面周长和侧棱长为邻边的矩形.
S
直棱柱侧
?c?h
底棱柱底
1.5面积、体积公式:
直棱 柱全
(其中c为底面周长,h为棱柱的高)
注意:大多数省市在高考试卷会给出面积体积公式,因此考生可以不用刻意地去记
2.圆柱
2.1圆柱——以矩形的一边所在的直线为旋转轴,其余
O'
C'
A'

B'
各边旋转而形成的曲面所围成的几何体叫圆柱.
母线
轴截面2.2圆柱的性质:上、下底及平行于底面的截面都是等
圆;过轴的截面(轴截面)是全等的矩形.
C
侧面
A
2.3侧面展开图:圆柱的侧面展开图是以底面周长和母
O
B
底面
线长为邻边的矩形.
2.4面积、体积公式:
S?c?h ?2S,V?S?h
S圆柱侧=
2
?
rh
;S圆柱全=
2< br>?
rh?2
?
r
,V圆柱=S底h=
?
rh
(其中r为底面半径,h为圆柱高)
3.棱锥
3.1棱锥——有一个面是多边形,其余各面 是
S
侧面
顶点
有一个公共顶点的三角形,由这些面所围成的

几何体叫做棱锥。
侧棱
正棱锥——如果有一个棱锥的底面是正多
边形,并且 顶点在底面的射影是底面的中心,
这样的棱锥叫做正棱锥。
底面
斜高
3.2棱锥的性质:
D
C
O
H
①平行于底面的截面是与底面相似的正多边
A
B
形,相似比等于顶点到截面的距离与顶 点到底
面的距离之比;
②正棱锥各侧棱相等,各侧面是全等的等腰三角形;
③正棱 锥中六个元素,即侧棱、高、斜高、侧棱在底面内的射影、斜高在底面的射影、底面边长一半,
2
2
OBH
为直角三角形) 构成四个直角三角形。)(如上图:
VSOB,VSO H,VSBH,V
3.3侧面展开图:正n棱锥的侧面展开图是有n个全等的等腰三角形组成的。 1
1
1
ch
?
S

?h
ch
?
?S

3.4面积、体积公式:S正棱锥侧=
2
,S正棱锥全=< br>2
,V棱锥=
3
.(其中c为底面周
长,
h
?
侧面斜高,h棱锥的高)
4.圆锥
4.1圆锥——以直角三角形的一直角边所在的直线为 旋转轴,其余各边旋转而形成的曲面所围成的几何
体叫圆锥。
4.2圆锥的性质:
①平行于底面的截面都是圆,截面直径与底面直径之比等于顶点到截面的距离与顶点到底面的距离之比;


②轴截面是等腰三角形;如右图:
VSAB

③如右图:
l?h?r
.
4.3圆锥的侧面展开图:圆锥的侧面展开图是以顶点为圆
以母线长为半径的扇形。
4.4面积、体积公式:
222
S
母线
l
A
r< br>h
轴截面
O
顶点

侧面
心,
1
2< br>?
rh
?
r(r?l)
S圆锥侧=
?
rl
, S圆锥全=,V圆锥=
3
(其
r为底面半径,h为圆锥的高,l为母线长)
5.棱台
5.1棱台——用一个平行于底面的平面去截棱
们把截面与底面之间的部分称为棱台.
5.2正棱台的性质:
①各侧棱相等,各侧面都是全等的等腰梯形;
②正棱台的两个底面以及平行于底面的截面是
形;
③ 如右图:四边形
O`MNO,O`B`BO
都是直角
B
底面
S
锥,我
上底面

A'
下底面
D
D'
O'
B'
C'
M
侧棱
侧面
斜高
C
N
正多边
顶点
O
A
B
梯形
SON,VS`O`B`与VSOB相似
,注意考虑相似比. ④棱台经常补成棱锥研究.如右 图:
VSO`M与V
S=S
上底
+S
下底
+S
5. 3棱台的表面积、体积公式:


S

1
V
棱台< br>=(S+SS`?S`)h
3
,(其中
S,S`
是上,下
积, h为棱台的高)
6.圆台
6.1圆台——用平行于圆锥底面的平面去截圆锥,
面之间的部分叫做圆台.
6.2圆台的性质:
①圆台的上下底面,与底面平行的截面都是圆;
②圆台的轴截面是等腰梯形;
③圆台经常补成圆锥来研究。如右图:
底面面
上底面
D
h
l
B
R
轴截面
O
C
下底面
侧面
Ar
O'

母线
底面与截
VSO`A与 VSOB相似
,注意相似比的应用.
6.3圆台的侧面展开图是一个扇环;
6.4 圆台的表面积、体积公式:
S


?
r
2
?
?
R
2
?
?
(R?r)l

11
=( S+SS`?S`)h=(
?
r
2
?
?
rR?
?< br>R
2
)h
3
V圆台
3
,(其中r,R为上下底面半径 ,h为高)
7.球
7.1球——以半圆的直径所在直线为旋转轴,半圆旋转一周形成的旋转体叫做球体,简称球.
或空间中,与定点距离等于定长的点的集合叫做球面,球面所围成的几何体叫做球体,简称球;


7.2球的性质:
①球心与截面圆心的连线垂直于截面;

r?R
2
?d
2
(其中,球心到截面的距离为d、
球面
球 心

半径
O
R
A
r





球的半径为R、截面的半径为r)
7.3球与多面体的组合体:球与正四面体,球与
长方体,球与正方体等的内接与外切. D'
A'
O
B'
O
C'
A'
C'
d< br>O1
B
D
A
B
C
A
c
的有关问题转 化为圆的问题解决.
4
S

?4
?
R
2
,V

?
?
R
3
3
7.4球面积、体积公式:(其
中R为球的半径)

(二)空间几何体的三视图与直观图
根据最近几年高考形式上看,三视图的考察已经淡化,所以同学只需了解即可
1.投影:区分中心投影与平行投影。平行投影分为正投影和斜投影。
2.三视图——是观察者从三个不同位置观察同一个空间几何体而画出的图形;
正视图——光线从几何体的前面向后面正投影,得到的投影图;
侧视图——光线从几何体的左面向右面正投影,得到的投影图;
正视图——光线从几何体的上面向下面正投影,得到的投影图;
注:(1)俯视图画在正视图 的下方,“长度”与正视图相等;侧视图画在正视图的右边,“高度”与正视
图相等,“宽度”与俯视图 。(简记为“正、侧一样高,正、俯一样长,俯、侧一样宽”.
(2)正视图,侧视图,俯视图都是平面图形,而不是直观图。
3.直观图:
3.1直 观图——是观察着站在某一点观察一个空间几何体而画出的图形。直观图通常是在平行投影下
画出的空间 图形。
3.2斜二测法:
step1:在已知图形中取互相垂直的轴Ox、Oy,(即取
?xoy?90?
);
step2:画直观图时,把它画成对应的轴
o'x',o'y'
,取
?x'o'y'?45?(or135?)
,它们确定的平面表示水
平平面;
ste p3:在坐标系
x'o'y'
中画直观图时,已知图形中平行于数轴的线段保持平行性不变,平 行于x轴(或
在x轴上)的线段保持长度不变,平行于y轴(或在y轴上)的线段长度减半。
2
结论:一般地,采用斜二测法作出的直观图面积是原平面图形面积的
4
倍.
解决两种常见的题型时应注意:
(1)由几何体的三视图画直观图时,一般先考虑“俯视图”.
(2)由几何体的直观图画三视图时,能看见的轮廓线和棱画成实线,不能看见的轮廓线和棱画成虚线。



二 点、直线、平面之间的位置关系
平面的基本性质
1.平面——无限延展,无边界
1.1三个定理与三个推论
公理1:如果一条直线上有两点在一个平面内,那么直线在平面内。
用途:常用于证明直线在平面内.
图形语言: 符号语言:

公理2:不共线的三点确定一个平面. 图形语言:
推论1:直线与直线外的一点确定一个平面. 图形语言:
推论2:两条相交直线确定一个平面. 图形语言:
推论3:两条平行直线确定一个平面. 图形语言:
用途:用于确定平面。
公理3:如果两个平面有一个公共点,那么它们还有公共 点,这些公共点的集合是一条直线(两个平面
的交线).
用途:常用于证明线在面内,证明点在线上.
图形语言: 符号语言:
形语言,文字语言,符号语言的转化:

(二)空间图形的位置关系


?
共面:aIb=A,ab
?
异面:a与b异面< br>1.空间直线的位置关系:
?

平行线的传递公理:平行于同一条直线的两条直 线互相平行。符号表述:
ab,bc?ac

等角定理:如果一个角的两边与另一个角的两边分别平行,那么这两个角相等或互补。
异面直线:(1)定义:不同在任何一个平面内的两条直线——异面直线;
(2)判定定理:连平面内的一点与平面外一点的直线与这个平面内不过此点的直线是异面直
线。 P
P?
?
?
A?
?
?
?
a
a ?
?
?
?PA与a异面
?
图形语言:
?
A
符号语言:
A?a
?
?

异面直线所成的角:(1)范围:
?
?
?
0?,90?
?
;(2)作异面直线所成的角:平移法. < br>如右图,在空间任取一点O,过O作
a'a,b'b
,则
a',b'

a'
b'
为异面直线
a,b
所成的角。特别地,找异面直线所成的角 时,
a
?
O
条异面直线平移到另一条异面直线的特殊点(如线段中点,
上,形成异面直线所成的角.
b
?
?
?
l?
?
?
?
l?
?
?
?
l
I
?
?A2.直线与平面的位置关系:
?
?
l
?

图形语言:

?
平行:
?

?
?
?
?
斜交:
?
I
?
=a
?
相交
?
3.平面与平 面的位置关系:
?
?
垂直:
?
?
?

(三)平行关系(包括线面平行,面面平行)
1.线面平行:
①定义:直线与平面无公共点.
ab
?
a?
?
?
?
?a
?
②判定定理:
b?
?
?
?
(线线 平行
?
线面平行)【如图】
成的
?

经常把一
端 点等)


?
?
?
?ab
?
I
?
?b
?
?
③性质定理:(线面平行
?
线线平行)【如图】
④判定或证明线面平行的依据:(i)定义法(反证):
lI
a
?
a??
?
???l
?
(用于判断);(ii)判定定理:
ab
?
?
a?
?
?
?a
?
?

??
?
?a
?
b?
?
?
a?
?
?
?
“线线平行
?
面面平行”(用于证明);(iii)“面面平行
?
线面平行”
b?a
?
?
b?
?
?
?a< br>?
a?
?
?
?
(用于证明);(4)(用于判断);
2.线面斜交:
lI
?
?A

P
面的
AO
①直线与平面所成的角(简称线面角):若直线与平面斜交,则平
斜线与该斜线在平面内射影的 夹角。【如图】
PO?
?
于O,则
A
是PA在平面
?
内的射影, 则
?PAO
就是直线PA与平面
?
所成
角。
范围:
?
?
O

?
?
?
0?,90?
?
,注:若
l?
?
或l
?
,则直线
l
与平面
?
所成的角为
0?
;若
l?
?
,则直线
l
与平

?
所成的角为
90?

3.面面平行:
①定义:
?
I
?
???
?

?

②判定定理:如果一个平面内的两条相交直线都平行于另一个平面,那么两个平面互相平行;
符号表述:
a,b?
?
,aIb?O,a
?
,b
?
?
?

?
【如下图①】
O
a
?
?
b
O
a
?
O
a'
?
b
b'

图① 图②
推论:一个平面内的两条相交直线分别平行于另一个平面的两条直线,那么这两个平面互相平行
符号表述:
a,b?
?
,aIb?O,a',b'?
?
,aa', bb'?
?

?
【如上图②】
判定2:垂直于同一条直线的两个平 面互相平行.符号表述:
a?
?
,a?
?
?
?
?
.【如右图】
③判定与证明面面平行的依据:(1)定义法;(2)判定定
(常用)(3)判定2
?
?
a
理及推论


?

?
?
?
?a
?
a?
?
?
④面面平行的性质:(1)(面面平行?
线面平行);(2)
?

?
?
?
?
I
?
?a
?
?ab
?
I
?
?b
?< br>?
;(面面
平行
?
线线平行)(3)夹在两个平行平面间的平行线段相 等。【如图】

(四)垂直关系(包括线面垂直,面面垂直)
1.线面垂直
①定义:若一条直线垂直于平面内的任意一条直线,则这条直线垂直于平面。
符号表述: 若任意
a?
?
,
都有
l?a
,且
l?
?< br>,则
l?
?
.
②判定定理:
a,b?
?
?
a
I
b?O
?
?
?
l?
?
??l?
?
?
l?a
?
l?b
?
?
(线 线垂直
?
线面垂直)
③性质:(1)
l?
?
,a?
?
?l?a
(线面垂直
?
线线垂直);(2)
a?
?,b?
?
?ab

ab
?
?
?b?
?
a?
?
?
④证明或判定线面垂直的依据:(1)定义(反证);(2)判定 定理(常用);(3)(较
?

?
?
?
?a?
?a?b
a?
?
?
常用);(4);(5)
?
?
?
?
a
I
?
?b
?
?
?
?a?< br>?
a?
?
?
?
?
(面面垂直
?
线面 垂直)常用;
段中,
P
⑤三垂线定理及逆定理:
(I)斜线定理:从平面 外一点向这个平面所引的垂线段与斜线
PO?
?
(1)斜线相等
?
射 影相等;(2)斜线越长
?
射影越
垂线段最短。【如图】
PB?PC?OB? OC

长;(3)
PA?PB?OA?OB

(II)三垂线定理及 逆定理:已知
PO?
?
,斜线PA在平面
?

OA,
a?
?

①若
a?OA
,则
a?PA
—— 垂直射影
?
垂直斜线,此为三垂线定理;
②若
a?PA
,则< br>a?OA
——垂直斜线
?
垂直射影,此为三
的逆定理;
三垂线定理及逆定理的主要应用:(1)证明异面直线垂直;(2)
面角的平面角;(3)作点到线的垂 线段;【如图】
3.2面面斜交
O
?
A
C
B
的 射影为
P
垂线定理
a
A
?
O
作、证二


①二面角:(1)定义:【如图】
OB?l,OA?l??AOB是二面角
?-l?
?
的平面角

范围:
?AOB?[0?,180?]

②作二面角的平面角的方法:(1)定义法;(2)三垂线法(常
面法.
3.3面面垂直
(1)定义:若二面角
?
?l?
?
的平面 角为
90?
,则
?
?
?

(2)判定定理:如果一个平面经过另一个平面的一条垂线,那么这
平面互相垂直.
?
a
B
用);(3)垂
两个
a?
?
?
?< br>?
?
?
?
a?
?
?
(线面垂直
?< br>面面垂直)
?
A
(3)性质:①若
?
?
?
,二面角的一个平面角为
?MON
,则
?MON?90?

??
?
?
a
I
?
?AB
?
?
?
?a?
?
a?
?
?

?
a
Ba?AB
?
?
(面面垂直
?
线面垂直);
?
A
a
?
A
?
?a?
?
A?a
?
a ?
?
?
?

?
?
?
?
A?
?
?
?
?
?
?
?
?
?a?
?< br>或a
?
a?
?
?
?
. ④

二、基础题型(必懂)
1、概念辨析题:
(1)此题型一般出现在填空题,选择题中,解题方法可采用排除法,筛选法等。
(2)对于 判断线线关系,线面关系,面面关系等方面的问题,必须在熟练掌握有关的定理和性质的前
提下,利用长 方体,正方体,实物等为模型来进行判断。你认为正确的命题需要证明它,你认为错误的
命题必须找出反 例。
(3)相关例题:课本和辅导书上出现很多这样的题型,举例说明如下:
例:(201 0.年北京卷)设m,n是两条不同的直线,
?
,
?
,
?
是 三个不同的平面,给出下列四个说法:①
m?
?
,n
?
?m?n;②
?

?
,
?

?
,m?
?< br>?m?
?
;③
m
?
,n
?
?mn


?
?
?
,
?
?
?
?
?

?
,说法正确的序号是:_________________
2、证明题。证明平行关系,垂直关系等方面的问题。
(1)基础知识网络:


平行与垂直关系可互相
平行关系
1.
a?
?
,b?
?
?ab

平面几何知识
2.
a?
?
,ab?b?
?

线线平行
判定
3.
a?
?
,a?
?
?
?

?

判定推论 判定
线线垂直
平面几何知识
垂直关系
性质
判定
性质 性质
判定
面面垂直定义
面面垂直

线面平行 面面平行 线面垂直
三、趋近高考(必懂)
1.(2011.陕西5.)某几何体的三视图如图所示,则它
( )
(A)
8?
(B)
8?
的体积是
2
?

3
?
3
(C)
8?2
?

2
?
(D)
3

【分析】根据已知的三视图想象出空间几何体,然后由几何体的组成和有关几何体体积公式进行计算.
【解析】选A 由几何体的三视图可知几何体为一个组合体,
即一个正方体中间去掉一个圆锥体,所以它的体积是

18
?
.
V?2
3
??
?
?2
2
?2?8?
33< br>






2.(2011.湖南卷3).设图一是某几何体的三视图,则该几何体的
体积为( )
3
2
3
正视图 侧视图
99
22
C.
9
?
?42
D.
36
?
?18

A.
?
?12
B.
?
?18

【解析】:有三视图可知该几何体是一个长方体和球构成的组合体,
俯视图
图1 < /p>


其体积
V?
43
3
9
?
()+3?3 ?2=
?
?18
。故选B
322


3.(2011.广东卷7).如图1 ~ 3,某几何体的正视图(主视图)是平行四边形,侧视图( 左视图)和俯视
图都是矩形,则该几何体的体积为



3 3

2



正视图 侧视图

图1 图2

1 2 1






1 2 1

俯视图

图3
A.
63
B.
93
C.
123
D.
183

【解析】 该几何体是一个底面为平行四边形,高为3的四棱柱,易求得平行四边形的高为
3


V?Sh?3?3?3?93
故选B

4.(2011.安徽卷8)一个几何体的三视图如图,该几何体的表面积为
A、280 B、292 C、360 D、372
【解析】该几何体由两个长方体组合而成,其表面积等于下面长 方体的全面积加上面长方体的4个侧面
积之和。
S?2(10?8?10?2?8?2)?2( 6?8?8?2)?360
. 故选C

5.(2011.四川卷3)
l< br>1

l
2

l
3
是空间三条不同的直线,则 下列命题正确的是
(A)
l
1
?l
2

l2
?l
3
?l
1
Pl
3

(B)< br>l
1
?l
2

l
2
Pl
3
?
l
1
?l
3

(C)
l
2
Pl
3
Pl
3
?

l
1

l
2

l
3
共面


(D)
l
1

l
2

l
3
共点
?
l
1

l
2

l3
共面
答案:B
【解析】:A答案还有异面或者相交,C、D不一定

6.(2011.北京卷3)一个长方体去掉一个小长方体,所得几何体的正(主)视图与侧 (左)视图分别如
右图所示,则该几何体的俯视图为

【解析】:很容易看出这是一个面向我们的左上角缺了一小块长方体的图形,不难选出答案。
答案:C.
7.(2011.北京卷8)如图,正方体ABCD-
A
1B
1
C
1
D
1
的棱长为2,动点E、F在棱
A
1
B
1
上,动点P,Q分别
在棱AD,CD上,若EF=1,
A
1
E=x,DQ=y,DP=z(x,y,z大
零),则四面体PEFQ的体积
(A)与x,y,z都有关
(B)与x有关,与y,z无关
(C)与y有关,与x,z无关
(D)与z有关,与x,y无关
【解析】:这道题目 延续了北京高考近年8,14,20的风格,即在变化中寻找不变,从图中可以分析出,
1
?E FQ
的面积永远不变,为面
A
1
B
1
CD
面积的< br>4
,而当
P
点变化时,它到面
A
1
B
1CD
的距离是变化的,因

此会导致四面体体积的变化。故选D
8.(2010全国卷2理)已知正四棱锥
S?ABCD
中,
SA?23
,那么当该棱锥的体积最大时,它的高

(A)1 (B)
3
(C)2 (D)3
【答案】C
【解析】设底面边长为a,则高所以体积,
设,则,当y取最值时,,解得a=0或a=4时,体积最


大,此时,故选C.
的体积9.(2010陕西文)若某空间几何体的三视图如图所示,则该几何体
是 [B]
(A)2 (B)1
2
(C)
3

【答案】 B

1
(D)
3

1
?1?2?2
2
?1
2
【解析】 如图,该立体图形为直三棱柱,所以其体积为

2
1
10.(2010辽宁 文)已知
S,A,B,C
是球
O
表面上的点,
SA?平面ABC
AB?BC

SA?AB?1

BC?2
,则球
O
的表面积等于
(A)4
?
(B)3
?
(C)2
?
(D)
?

【答案】A
2【解析】选A.由已知,球
O
的直径为
2R?SC?2

?表面积为
4
?
R?4
?
.

11.(2010安徽文)一个几何体的三视图如图,该几何
表面积是
(A)372 (B)360
(C)292 (D)280
【答案】B
【解析】该几何体由两个长方体组合而成,其表面积等
面长方体的全面积 加上面长方体的4个侧面积之和。
体的
于下
S?2(10?8?10?2?8?2) ?2(6?8?8?2)?360
.
【方法技巧】把三视图转化为直观图是解决问题的关键.
视图很容易知道是两个长方体的组合体,画出直观图,
各个棱的长度.把几何体的表面积转化为 下面长方体的全面积加上面长方体的4个侧面积之和。
12.(2010重庆文)到两互相垂直的异面直线的距离相等的点
(A)只有1个 (B)恰有3个
(C)恰有4个 (D)有无穷多个
【答案】 D
【解析】放在正方体中研究,显然,线段
又三
得出
OO
1
、EF、FG、
GH、
HE的中点到两垂直异面直线AB、CD的距离都相等,
所以排除A、B、C,选D
亦可在四条侧棱上找到四个点到两垂直异面直线AB、
CD的距离相等
13.(2010浙江文)


若某几何体的三视图(单位:cm)如图所示,则此几何体的体积是
352
(A)
3
cm3
320
(B)
3
cm3
224
(C)
3
cm3
160
(D)
3
cm3
【答案】B
【解析】选B,本题 主要考察了对三视图所表达示的空间几何体的识别以及几何体体积的计算,属容易

14.(2010福建文)若一个底面是正三角形的三棱柱的正视图如图所示,则其侧面积等于 ( )
A.
3

C.
23





B.2
D.6
1的正

【答案】D
【解析】由正视图知:三棱柱是以底面边长为2,高为
三棱柱,所以底面积为
2?< br>3
?4?23
4
,侧面积为
3?2?1?6
,选D.
15.(2010全国卷1文)已知在半径为2的球面上有A、B、C、D四点,若AB=CD=2,则四面体 ABCD的体
积的最大值为
234383
(A)
3
(B)
3
(C)
23
(D)
3

【答案】B
【解析】过CD作平面PCD,使AB⊥平面PCD,交A B与P,设点P到CD的距离为
h
,则有
43
112
V
ma x
?
V
四面体ABCD
??2??2?h?h
22
3

323
,当直径通过AB与CD的中点时,
h
max
?22?1 ?23
,故
平面解析几何初步
一、基础知识(理解去记)
1.解析几何的 研究对象是曲线与方程。解析法的实质是用代数的方法研究几何.首先是通过映射建立曲
线与方程的关系 ,即如果一条曲线上的点构成的集合与一个方程的解集之间存在一一映射,则方程叫做
这条曲线的方程, 这条曲线叫做方程的曲线。如x2+y2=1是以原点为圆心的单位圆的方程。
2.求曲线方程的一般 步骤:(1)建立适当的直角坐标系;(2)写出满足条件的点的集合;(3)用坐标表示条
件,列出方 程;(4)化简方程并确定未知数的取值范围;(5)证明适合方程的解的对应点都在曲线上,且
曲线上 对应点都满足方程(实际应用常省略这一步)。


3.直线的倾斜角和斜率:直线向上的 方向与x轴正方向所成的小于1800的正角,叫做它的倾斜角。规
定平行于x轴的直线的倾斜角为00 ,倾斜角的正切值(如果存在的话)叫做该直线的斜率。根据直线上
一点及斜率可求直线方程。
4.直线方程的几种形式:【必会】【必考】
(1)一般式:Ax+By+C=0;
(2)点斜式:y-y0=k(x-x0);
(3)斜截式:y=kx+b;
xy
??1
ab
(4)截距式:;
x?x
1
y? y
1
?
y
2
?y
1
; (5)两点式:
x
2
?x
1
(6)法线式方程:xcosθ+ysinθ=p(其中θ为法线倾 斜角,|p|为原点到直线的距离);
?
?
x?x
0
?tcos< br>?
?
?
y?y
0
?tsin
?
(7)参数式 :
?
(其中θ为该直线倾斜角),t的几何意义是定点P0(x0, y0)到动点P
(x, y)的有向线段的数量(线段的长度前添加正负号,若P0P方向向上则取正,否则取负)。
5.到角与夹角:若直线l1, l2的斜率分别为k1, k2,将l1绕它们的交点逆时针旋转到与 l2重合所转过的
最小正角叫l1到l2的角;l1与l2所成的角中不超过900的正角叫两者的夹角 。若记到角为θ,夹角为
k
2
?k
1
k
2
?k1
1?k
1
k
2
α,则tanθ=
1?k
1< br>k
2
,tanα=.
6.平行与垂直:若直线l1与l2的斜率分别为k1, k2。且两者不重合,则l1l2的充要条件是k1=k2;l1
?
l2
的充要条件是 k1k2=-1。
22
(x?x)?(y?y)
1212
7.两点P1(x1, y1)与P2(x2, y2)间的距离公式:|P1P2|=。
d?
8.点P(x0, y0)到直线l: Ax+By+C=0的距离公式:
|Ax
0
?By
0?C|
A
2
?B
2

9.直线系的方程:若已知两直 线的方程是l1:A1x+B1y+C1=0与l2:A2x+B2y+C2=0,则过l1, l2交点的直< br>线方程为A1x+B1y+C1+λ(A2x+B2y+C2=0;由l1与l2组成的二次曲线方程为( A1x+B1y+C1)(A2x+B2y+C2)
=0;与l2平行的直线方程为A1x+B1y+C =0(
C?C
1
).
10.二元一次不等式表示的平面区域,若直线l方程为Ax+By+C=0. 若B>0,则Ax+B y+C>0表示的区域为
l上方的部分,Ax+By+C<0表示的区域为l下方的部分。
1 1.解决简单的线性规划问题的一般步骤:(1)确定各变量,并以x和y表示;(2)写出线性约束条件
和线性目标函数;(3)画出满足约束条件的可行域;(4)求出最优解。
12.圆的标准方程:圆心是点(a, b),半径为r的圆的标准方程为(x-a)2+(y-b)2 =r2,其参数方程为
?
x?a?rcos
?
?
?
y?b? rsin
?
(θ为参数)。
?
DE
?
1
?
?,?
?
D
2
?E
2
?4F
2
?
,半径为
2
13.圆的一般方程:x2+y2+Dx+Ey+F=0(D2+E2-4F>0 )。其圆心为
?
2


若点P(x0, y0)为圆上一点,则过点P的切线方程为
?
x
0
?x
??
y
0
?y
?
??
x
0
x?y
0
y?D
?
?E
?
2
??
2
?
?
? F?0.
????

14.根轴:到两圆的切线长相等的点的轨迹为一条直线 (或它的一部分),这条直线叫两圆的根轴。给
定如下三个不同的圆:x2+y2+Dix+Eiy+F i=0, i=1, 2, 3. 则它们两两的根轴方程分别为
(D1-D2)x+(E1-E2)y+(F1-F2)=0; (D2-D3)x+(E2-E3)y+(F2-F3)=0; (D3-D1)x+(E3-E1)y+(F3 -F1)=0。不难证明这三条直
线交于一点或者互相平行,这就是著名的蒙日定理。
二、基础例题(必会)
? 坐标系的选取:建立坐标系应讲究简单、对称,以便使方程容易化简。
?
x?cos
?
,
1.(2011.湖南卷9选做题).在直角坐标系
xoy
中,曲线C< br>1
的参数方程为
?

?
?
y?1?sin
?
为参数)在极坐标系(与直角坐标系
xoy
取相同的长度单位,且以原点O为极点,以
x
轴正
半轴为极轴)中,曲线C
2
的方程为
?
?< br>cos
?
?sin
?
?
?1?0
,则C
1< br>与C
2
的交点个数为 。
【解析】:曲线
C
1< br>:x
2
?(y?1)
2
?1

C
2
:x?y?1?0
,由圆心到直线的距离
d?

C
1
C
2
的交点个数为2.

|0?1?1|
?0?1

2
5
2
?
?
x?t
x?5cos
?
?
?
2.(2011.广东卷14选做题).已知两曲线参数方程分别为
?
(0≤
?
?
?
)

?
4

??
?
y?sin
?
?
y?t
(t?
R)
,它们的交点坐标为___________.

5
2
?
2?
x?t
x
x?5cos
?
?
?
?y
2
?1
(?5?x?5且0?y?1)

?
【解析】
?表示椭圆
4
表示抛物线
5
?
?
?
y?sin< br>?
?
y?t
y
2
?
4
x

5
?
x
2
?y
2
?1(?5?x?5且0?y?1)
?
?
5
?x
2
?4x?5?0?x?1

x?? 5
(舍去),
?
?
y
2
?
4
x
?
5
?
又因为
0?y?1
,所以它们的交点坐标为
(1,< br>25
)

5

例1 (经典例题) 在ΔABC中,AB=A C,∠A=900,过A引中线BD的垂线与BC交于点E,求证:∠ADB=


∠CDE 。
[证明] 见图10-1,以A为原点,AC所在直线为x轴,建立直角坐标系。设点B,C坐标 分别为(0,2a),(2a,0),
xy
??1
则点D坐标为(a, 0)。直线BD方程为
a2a
, ①直线BC方程为x+y=2a, ②设直线BD和A E
k
2
?
11
y?x
2
,所以直线AE方程为2
,的斜率分别为k1, k2,则k1=-2。因为BD
?
AE,所以k1k2 =-1.所以
1
?
?
y?x,
2
?
42
?
?
?
a,a
?
?
x?y?2a

?
解得点E坐标为
?
33
?

2
a
3
4
a?a
3
k
3
?
所以直线DE斜率为
?2.
因为k1+k3=0.
所以∠BDC+∠EDC=1800,即∠BDA=∠EDC。
例2 (经典例题)半径等于某个正三角形高的圆在这个三角形的一条边上滚动。证明:三角形另两条边
截圆所得的弧所对的圆心角为600。
[证明] 以A为原点,平行于正三角形ABC的边 BC的直线为x轴,建立直角坐标系见图10-2,设⊙D的
半径等于BC边上的高,并且在B能上能下 滚动到某位置时与AB,AC的交点分别为E,F,设半径为r,
则直线AB,AC的方程分别为
y?
为(x1,y1),(x2,y2),则
3x
,
y??3x
. 设⊙D的方程为(x-m)2+y2=r2.①设点E,F的坐标分别
y
1
?3x1
,
y
2
??3x
2
,分别代入①并消去y得
2
(x
1
?m)
2
?3x
1
2
?r2
?0.(x
2
?m)
2
?3x
2
?r
2
?0.

所以x1, x2是方程4x2-2mx+m2-r2=0的两根。 < br>m
?
x?x?,
12
?
2
?
?
?< br>22
m?r
?
xx?
?
12
4
由韦达定理< br>?
,所以
|EF|2=(x1-x2)2+(y1-y2)2=(x1-x2)2+3(x1-x2)2
=4(x1+x2)2-4x1x2=m2-(m2-r2)=r2.
所以|EF|=r。所以∠EDF=600。
2.到角公式的使用。
例3 设双 曲线xy=1的两支为C1,C2,正ΔPQR三顶点在此双曲线上,求证:P,Q,R不可能在双曲线
的同一支上。
[证明] 假设P,Q,R在同一支上,不妨设在右侧一支C1上,并设P,Q,R三 点的坐标分别为
?
1
?
x,
?
1
x
1?
??
1
??
,x,
??
2
x
2??
?
?
1
?
?
,x,
?
?
3
x
3
?
?
?
?
?
,
?
且0

< br>11
11
?
?
xx
2
xx
2
11< br>k
1
?
3
??k
2
?
1
??.x
3
?x
2
x
2
x
3

x< br>1
?x
2
x
1
x
2
PQ的斜率分别为k
2
?k
1
?
1?k
1
k
2
?
11
?
x
1
x
2
x
2
x
3
x(x
1
?x
3
)
?
2
2
? 0.
1
x
1
x
2
x
3
?1
1?< br>2
x
1
x
2
x
3

tan
?
?
由到角公式
所以θ为钝角,与ΔPQR为等边三角形矛盾。所以命题成立。
3.代数形式的几何意义。
例4 求函数
f(x)?x
4
?3x
2
?6x?13?x
4
?x
2
?1
的最大值。
222222
f(x)?(x?2)?(x?3)?(x?1)?(x?0)
[解] 因为表示动点P(x, x2)到两定点A(3, 2), B(0,
1)的距离之差,见图10-3 ,当AB延长线与抛物线y=x2的交点C与点P重合时,f(x)取最大值|AB|=
10.

4.最值问题。
例5 已知三条直线l1: mx-y+m=0, l2: x+my-m(m+1)=0, l3: (m+1)x-y+m+1=0围成ΔABC,求m为何值时,
ΔABC的面积有最大值、最小值。
[解]记l1, l2, l3的方程分别为①,②,③。在①,③中取x=-1, y=0,知等式成立,所以A(-1, 0)为l1与l3
的交点;在②,③中取x=0, y=m+1,等式也成立,所以B(0, m+1)为l2与l3的交点。设l1, l2斜率分别为
?
1
?
1
m
?
?
?
??1
|AC| ?|BC|
m
??
2
?
k1, k2, 若m0,则k1?k2=, SΔABC=,由点到直线距离公式
|?1?m
2
?m|
|AC|=
1?m
2
?
|m
2
?m?1|
m
2
?1< br>,|BC|=
|?m?1?m|
1?m
2
?
1
1?m
2

1m
2
?m?11
?
m
?
3
??1?
??
2
?
m
2
?1
?

m
2
?1
所以SΔABC=
2
因为2m≤m2+1,所以 SΔABC≤
4
。又因为-m2-1≤2m,
1m
1
.
?< br>2
4
2
m?1
所以,所以SΔABC≥
?
31当m=1时,(SΔABC)max=
4
;当m=-1时,(SΔABC)min=
4
.
5.线性规划。
?
1?x?y?4,
?
y?2?|2x?3|.
例6 设x, y满足不等式组
?
(1)求点(x, y)所在的平面区域;
(2)设a>-1,在(1)区域里,求函数f(x,y)=y-ax的最大值、最小值。

< p>
?
1?x?y?4,
?
1?x?y?4,
??
y?2? 2x?3,
??
y?2?3?2x,
?
2x?3?0,
?
2 x?3?0.
?
[解] (1)由已知得或
?

解得点(x, y) 所在的平面区域如图10-4所示,其中各直线方程如图所示。AB:y=2x-5;CD:y=-2x+1;A D:
x+y=1;BC:x+y=4.
(2) f(x, y)是直线l: y-ax=k在y轴上的截距,直线l与阴影相交,因为a>-1,所以它过顶点C时,f(x, y)最大,
C点坐标为(-3,7),于是f(x, y)的最大值为3a+7. 如果-1此时值为-2a-1;如果a>2,则l通过B(3,1)时,f(x, y)取最小值为-3a+1.
6.参数方程的应用。
例7 如图10-5所示,过原点引 直线交圆x2+(y-1)2=1于Q点,在该直线上取P点,使P到直线y=2的
距离等于|PQ|, 求P点的轨迹方程。
?
x?tcos
?
?
y?tsin
?
(t参数)[解] 设直线OP的参数方程为
?

代入已知圆的方程得t2-t?2sinα=0.
所以t=0或t=2sinα。所以|OQ|=2|sinα|,而|OP|=t.
所以|PQ|=|t-2sinα|,而|PM|=|2-tsinα|.
所以|t-2sinα|=|2-tsinα|. 化简得t=2或t=-2或sinα=-1.
当t=±2时,轨迹方程为x2+y2=4;当sinα=1时,轨迹方程为x=0.
7.与圆有关的问题。
例8 点A,B,C依次在直线l上,且AB=ABC,过C作l的 垂线,M是这条垂线上的动点,以A为圆心,
AB为半径作圆,MT1与MT2是这个圆的切线,确定Δ AT1T2垂心 的轨迹。
[解] 见图10-6,以A为原点,直线AB为x轴建立坐标系,H为 OM与圆的交点,N为T1T2与OM的
交点,记BC=1。
以A为圆心的圆方程为x2+y 2=16,连结OT1,OT2。因为OT2
?
MT2,T1H
?
MT2,所 以OT2HT1,同理
OT1HT2,又OT1=OT2,所以OT1HT2是菱形。所以2ON=OH 。
2
OT?
ON?OM。设点H坐标为(x,y)
1
又因为OM< br>?
T1T2,OT1
?
MT1,所以。
?
xy
?< br>by
?
,
?
?
2
OT
22
?
,将坐标代入
1
=ON?OM,再由
5x
得 点M坐标为(5, b),则 点N坐标为
?
16
???
16
?
2
x??y?????
.
5
???
5
?

4
在AB 上取点K,使AK=
5
AB,所求轨迹是以K为圆心,AK为半径的圆。
例9 已 知圆x2+y2=1和直线y=2x+m相交于A,B,且OA,OB与x轴正方向所成的角是α和β,见图10-7,求证:sin(α+β)是定值。
22
?
?
?
[证明] 过D作OD
?
AB于D。 则直线OD的倾斜角为
2
,因为OD
?
AB,所以2?
tan
?
?
?
2
??1
,


tan
所以
?
?
?
2
??
1
2
。所以
sin (
?
?
?
)?
4
2
??.
5
?< br>?
?
?
?
1?tan
2
??
?
2< br>?

2tan
?
?
?
例10 已知⊙O是单位圆,正方形ABCD的一边AB是⊙O的弦,试确定|OD|的最大值、最小值。
[解] 以单位圆的圆心为原点,AB的中垂线为x轴建立直角坐标系,设点A,B的坐标分别为A(c osα,sin
α),B(cosα,-sinα),由题设|AD|=|AB|=2sinα,这里不 妨设A在x轴上方,则α∈(0,π).由对称性可设点
D在点A的右侧(否则将整个图形关于y轴作对 称即可),从而点D坐标为(cosα+2sinα,sinα),
222
(cos
?
?2sin
?
)?sin
?
?4sin
?
?4s in
?
cos
?
?1
所以|OD|=
?
??2(sin2
?
?cos2
?
)?3?3?22sin
?
2
?
?
?
.
4
?

?
=
?
??
?22?22sin
?
2
?
?
?
?22
4
??
因为,所以
2?1?|OD|?2?1.

?
?
?

37
?
?
?
8
时,|OD |max=
2
+1;当
8
时,|OD|min=
2?1.

例11 当m变化且m≠0时,求证:圆(x-2m-1)2+(y-m-1)2=4m2的圆心在一 条定直线上,并求这一系列
圆的公切线的方程。
?
a?2m?1,
?
b?m?1
消去m得a-2b+1=0.故这些圆的圆心在直线x-2y+1=0上。[证明] 由
?
设公切线方程为y=kx+b,
|k(2m?1)?(m?1)?b|
则由 相切有2|m|=
对一切m≠0成立
1?k
2
,对一切m≠0成立。即(- 4k-3)m2+2(2k-1)(k+b-1)m+(k+b-1)2=0
3
?
k? ?,
?
?
4
?
?4k?3?0,
?
7
37
?
b?.
?
?x?
k?b?1?0,

?
?
4
当k不存在时直线为x=1。所以公切线方程y=
44
和x=1. 所以
?
三、趋近高考【必懂】
1.(2011.江苏卷8)在平面直角坐标系
xOy
中,过坐标原点的一条直线与函数
f(x)?
Q两点,则线段PQ长的最小值 是________
【解析】:4,设交点为
(x,)

(?x,?),则
PQ?

2
的图象交于P、
x
2
x
2
x
4
(2x)
2
?()
2
?4
x
2
?
x?3
?
?
?
y?2
?
?4
相交于M,N两点,若
MN?23
,则k2.(2010江西理)8.直线y?kx?3
与圆
的取值范围是
2


?
3
?
?,0
??
A.
?
4
?
B.
3
??
??
?
U
?
0

??
?
??
4
??
C.
?
33
?

??
?
?
33
?
D.
?
2
?
?,0
??
?
3
?


【答案】A
【解析】考查直线与圆的位置关系、点到直线距离公式,重点考察
形结合的运用.
解 法1:圆心的坐标为(3.,2),且圆与y轴相切.当
|MN|?23时


3
[?,0]
点到直线距离公式,解得
4

解法2:数形结合,如图由垂径定理得夹在两直线之间即可, 不取
??
,排除B,考虑区间不对称,排除C,利用斜率估值,选A
3.(2010安徽文)(4)过点(1,0)且与直线x-2y-2=0平行的直线方程是
(A)x-2y-1=0 (B)x-2y+1=0 (C)2x+y-2=0 (D)x+2y-1=0
【答案】A
【解析】设 直线方程为
x?2y?c?0
,又经过
(1,0)
,故
c??1,所求方程为
x?2y?1?0
.
【方法技巧】因为所求直线与与直线x-2y -2=0平行,所以设平行直线系方程为
x?2y?c?0
,代入此直
线所过的点的坐 标,得参数值,进而得直线方程.也可以用验证法,判断四个选项中方程哪一个过点(1,
0)且与直线 x-2y-2=0平行.
?
x?2?cos
?
,
?
y?s in
?
y?x?b
4.(2010重庆文)(8)若直线与曲线
?

?
?[0,2
?
)
)有两个不同的公共点,则
实数
b
的取值范围为
(A)
(2?2,1)
(B)
[2?2,2?2]

(C)
(??,2?2)U(2?2,??)
(D)
(2?2,2?2)

【答案】D
?
x?2?cos
?
,
?
22
y?sin
?
(x?2)?y?1
, 表示圆,
?
解析:化为普通方程
2?b
因为直线与圆有两个不同的交点,所 以
法2:利用数形结合进行分析得
2
?1,
解得
2?2?b?2?2


AC?2?b?2,?b?2?2
同理分析,可知
2?2?b?2?2
?
?
x?3?3cos
?
,
3
?
x?2
?
?
?
?
y?1?3sin
?
?
?
3< br>?
0,2
?
?
?
交与A、B5.(2010重庆理)(8) 直线y=与圆心为D的圆
两点,则直线AD与BD的倾斜角之和为


75
??
A.
6
B.
4

45
?
?
3
D.
3

【答案】C
解析:数形结合
?
?1?
?
?30
?

?2?30?
?
?
?

C.
由圆的性质可知
?1??2

?
?
?30
?
?30
?
?
?
?
?

4
?
?
?
?
?
3

6.(2010广东文)
uuuvuuuv
7.(2010全国卷1理)(11) 已知圆O的半径为1,PA、PB为该圆的两条切线,A、B为两切点,那么
PA?PB
的最小 值为
(A)
?4?2
(B)
?3?2
(C)
?4?22
(D)
?3?22


< br>8.(2010安徽理)9、动点
A
?
x,y
?
22
x?y?1
上绕坐标原点沿逆时针方向匀速旋转,12秒旋转一在圆
13
(,)
周。已知时间
t?0
时,点
A
的坐标是
22
,则当
0?t?12
时,动点
A
的纵坐标
y
关于
t
(单 位:
秒)的函数的单调递增区间是
A、
?
0,1
?
B、
?
1,7
?
C、
?
7,12
?
D、
?
0,1
?

?
7,12
?

?
?
?
?
3
,每秒钟旋转
6
,在
t?< br>?
0,1
?

【答案】 D
【解析】画出图形,设动点A与
x
轴正方向夹角为
?
,则
t?0

??
?
?[,]
32
,在
?
7,12
?

??[
3
?
7
?
,]
23
,动点
A的纵坐标
y
关于
t
都是单调递增的。
【方法技巧】由动点A
?
x,y
?
22
x?y?1
上绕坐标原点沿逆时针方 向匀速旋转,可知与三角函数的在圆
定义类似,由12秒旋转一周能求每秒钟所转的弧度,画出单位圆, 很容易看出,当t在
[0,12]
变化时,

A
的纵坐标
y
关于
t
(单位:秒)的函数的单调性的变化,从而得单调递增区间.
9.(2009江苏卷18)(本小题满分16分)
C
1
:(x?3)< br>2
?(y?1)
2
?4C
2
:(x?4)
2
?(y?5)
2
?4
xoy
在平面直角坐标系中,已知圆和圆.
( 1)若直线
l
过点
A(4,0)
,且被圆
线
l
的方 程;
(2)设P为平面上的点,满足:存在过点P的无穷多对互相垂
直的直线
1
2
,它们分别与圆
C
1
截得的弦长为
23
, 求直
ll
C
1
和圆
C
2
相交,且直线
l< br>1
被圆
C
1
截得的弦长与直线
l
2
被圆C
2
截得的弦长相等,试求所有满足
条件的点P的坐标。
【解析】 (1)设直线
l
的方程为:
y?k(x?4)
,即
kx?y?4k? 0

由垂径定理,得:圆心
C
1
到直线
l
的距离< br>d?4
2
?(
23
2
)?1
2


|?3k?1?4k|
结合点到直线距离公式,得:
k?1
2
?1,

24k
2
?7k?0,k?0,or,k??
化简得:
7
24

求直线
l
的方程为:
y?0
y??
l
7
(x?4)
y?0

7x?24 y?28?0

24
,即
l
(2) 设点P坐标为
(m,n)
,直线
1

2
的方程分别为: [来源:学科网ZXXK]
111
y?n?k(x?m),y?n??(x?m)kx?y? n?km?0,?x?y?n?m?0
kkk
,即:
因为直线
1
被 圆
lC
1
截得的弦长与直线
l
2
被圆
C
2
截得的弦长相等,两圆半径相等。
C
1
到直线
1
与由垂径 定理,得::圆心
lC
2
直线
l
2
的距离相等。
41
|??5?n?m|
|?3k?1?n?km|
k
?
k
1
k
2
?1
?1
2
k
故有:,
化简得:
(2?m?n)k?m?n?3,或(m?n?8)k?m?n?5

?
2?m?n?0
?
m-n+8=0
,或
??
m?n?3 ?0
?
m+n-5=0
关于
k
的方程有无 穷多解,有:
?
313
51
(?,)
(,?)
解之得:点P 坐标为
22

22



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